EP2486395B1 - Methode et dispositif d'inspection automatique d'une bobine de cable - Google Patents

Methode et dispositif d'inspection automatique d'une bobine de cable Download PDF

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EP2486395B1
EP2486395B1 EP10760690.7A EP10760690A EP2486395B1 EP 2486395 B1 EP2486395 B1 EP 2486395B1 EP 10760690 A EP10760690 A EP 10760690A EP 2486395 B1 EP2486395 B1 EP 2486395B1
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Jean-Paul Zanella
Davy Vernier
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Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Michelin Recherche et Technique SA France
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Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Michelin Recherche et Technique SA France
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/952—Inspecting the exterior surface of cylindrical bodies or wires

Definitions

  • the invention relates to the field of the manufacture of reinforcing cables intended mainly for the tire industry.
  • cables of a textile or metal nature, are usually used in the manufacture of tires in the form of webs containing threads parallel to each other and forming an angle with respect to the circumferential direction, or sections of cable, deposited directly on the blank of pneumatic in the process of realization.
  • the cables are obtained by the combination of single wires which are assembled together in successive layers and twisted so as to give the final cable the desired strength and elasticity properties.
  • the invention is concerned with cables, essentially with metallic cables, in which a rubber mixture is introduced between the layers of wires, so as to give the cable additional properties of resistance to wear and corrosion.
  • the cables are obtained by the combination of means of assembly and embedding, so that the rubber mixture is trapped in the heart of the cable structure.
  • the publication WO 2009/083213 describes by way of example an improved method for reducing the overflows in question in a cable type 3 + N.
  • the publication FR 2925198 discloses a method and a device for controlling the proportion of hydrides present in a metal alloy such as the alloy used for cladding nuclear fuels and including image processing means, but the construction of which is not adapted to solve the problem.
  • the publication US2001 / 0037694 discloses a means for controlling the wall thickness of stents used in medical applications also using image processing means to select the measurement areas.
  • the subject of the invention is a control method making it possible to ensure, by an automatic inspection means, that the produced cables comply with the specifications.
  • the inspection of the cables is done at the level of the coil on which the cable is wound, at the end of the process of filling and twisting.
  • the method of claim 1 solves the problem.
  • the figure 1 represents the device for acquiring and processing the image.
  • a linear camera 1 acquires the image of a generatrix GG 'of the cylinder formed by the cable layer comprising all of the turns wound around the hub XX' of the coil 4 at the exit of the scrubbing and dewatering process. twisting (not visualized).
  • a coaxial type of illumination means emits collimated light in the direction of a semi-reflective plate 3.
  • a light-emitting diode array can usefully be used as a means of illumination.
  • the reflecting plate 3 directs the light towards the coil of wires 4.
  • the device further comprises digital processing means 5 of the digital image from the camera 1.
  • the power of this processing means is adapted to be able to perform the digital transformations of the image as described in the following paragraphs.
  • the diagram represents the gray level recorded by the camera along a generator GG ', the x-axis representing the generator GG' and the y-axis representing the gray level (the value 0 being attributed to the color black).
  • the arrows make it possible to locate the undesirable overflows observed visually on the product by an operator.
  • These overflows are generally distinguished from shadows worn on the son, in that the shadows have a generally elongated shape, while said overflows have a shape without pronounced elongation in a preferred direction.
  • the object of the image processing method is to distinguish the overflows from the other dark spots visible on the image and formed by the shadows located preferentially between the wires.
  • the first step of the method according to the invention consists in making the image independent of the light level of the light source, and the highlights. This operation is similar to using a lowpass type analog filter
  • each pixel of the image is assigned the average of the gray level of the surrounding pixels (see FIG. figure 3 ) and subtract this value from the gray level value of the raw image of the original pixel.
  • the resulting image of this first image processing step is illustrated in FIG. figure 4 .
  • the next step is to segment the resulting flat image from the previous step so as to obtain a black and white image as shown in FIG. figure 5 , in which the pixels having a gray value above a threshold value have a white color, the black color being assigned to the pixels whose gray value is below this threshold.
  • the value of the threshold is calculated according to the dispersion of the gray values of the flat image resulting from the first step.
  • the next step is to perform a series of so-called morphological treatments, so as to distinguish the generally elongated shapes, assimilated to shadows, other less dilated forms in a preferred direction, and which will be likened to overflows.
  • a first treatment of the image is carried out by practicing a morphological opening using a structuring element of square shape whose size is determined experimentally according to the resolution of the image and the size of the images. smaller overflows that we want to highlight.
  • the mathematical algorithms for carrying out this operation are described by way of example in the book by Jean Serra Image Analysis and Mathematical Morphology, Academic Press, London 1982. This operation has the effect of eliminating the asperities of the outline of the black areas, and allows to separate the more compact areas may represent overflows shadows areas more or less marked present between the son essentially.
  • the image obtained at the end of this treatment is represented at figure 6 .
  • a second transformation called distance transformation
  • the gray level is varied from the inward contour of the black areas in increasing increments going to the white as one enters the interior of said area.
  • the last treatment consists in applying a form criterion, calculating, for each of the remaining forms, an elongation ratio which is equal to the ratio between the maximum length and the minimum width. In practice this threshold is greater than or equal to 2.2.
  • Shapes with a ratio greater than a given threshold value are identified as elongated shadows and are eliminated.
  • the final step of digital processing is to apply an evaluation value to the image obtained by counting the area and number of overflows detected, and entering these values into a pre-established evaluation table.
  • the evaluation grid it is possible, as desired, to trigger an alarm, to give an encrypted indication to the operator responsible for adjusting the parameters of the exfoliation and twisting process, or to determine, according to a decision grid, the destination of the resulting yarn package, for which a final evaluation value can be calculated by summing the calculated evaluation values for each of the yarn layers wound on the bobbin hub.

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Description

  • L'invention concerne le domaine de la fabrication des câbles de renfort destinés principalement à l'industrie du pneumatique.
  • Ces câbles, de nature textile ou métallique, entrent usuellement dans la fabrication des pneumatiques sous forme de nappes contenant des fils parallèles entre eux et formant un angle par rapport à la direction circonférentielle, ou de tronçons de câbles, déposés directement sur l'ébauche de pneumatique en cour de réalisation. Les câbles sont obtenus par la combinaison de fils unitaires qui sont assemblés entre eux par couches successives et retordus de manière à conférer au câble final les propriétés de résistance mécanique et d'élasticité recherchées.
  • L'invention s'intéresse aux câbles, essentiellement aux câbles métalliques, dans lesquels un mélange de caoutchouc est introduit entre les couches de fils, de manière à conférer au câble des propriétés supplémentaires de résistance à l'usure et à la corrosion. Les câbles sont obtenus par la combinaison de moyens d'assemblage et d'engommage, de sorte que le mélange de caoutchouc est emprisonné au coeur de la structure du câble.
  • Un procédé de ce type est décrit à titre d'exemple dans la publication WO 2005/071157 .
  • Toutefois, il s'avère que, lors de la mise en oeuvre de ce procédé, des éléments de gomme subsistent à la surface des câbles. Ces débordements présents à la surface des câbles constituent des agrégats non désirés en raison des perturbations qu'ils introduisent dans les processus de mise en oeuvre des câbles disposés en aval. En outre, ils constituent des surépaisseurs localisées de mélange au dos des câbles de renforts, et rendent plus difficile la maîtrise des épaisseurs de gomme déposées sur ces câbles pendant les opérations de calandrage.
  • La publication WO 2009/083213 décrit à titre d'exemple un procédé amélioré permettant de réduire les débordements en question dans un câble de type 3+N. Dans des domaines technologiques plus éloignés, la publication FR 2925198 décrit un procédé et un dispositif de contrôle de la proportion d'hydrures présents dans un alliage métallique tel que l'alliage utilisé pour le gainage des combustibles nucléaires et comprenant des moyens de traitement d'image, mais dont la construction n'est pas adaptée pour résoudre le problème posé. De même la publication US2001/0037694 décrit un moyen de contrôle de l'épaisseur des parois des stents utilisés dans les applications médicales faisant lui aussi appel à des moyens de traitement d'image pour sélectionner les zones de mesure.
  • L'invention a pour objet un procédé de contrôle permettant de s'assurer, par un moyen d'inspection automatique, que les câbles produits sont conformes aux spécifications.
  • L'inspection des câbles se fait au niveau de la bobine sur laquelle le câble est enroulé, en sortie du procédé d'engommage et de retordage.
  • Le procédé selon la revendication 1 résout le problème posé.
  • De cette manière, on obtient en temps légèrement différé une appréciation de la qualité fabriquée permettant aux opérateurs de régler les paramètres du procédé de gommage et de retordage, en s'affranchissant des variations d'évaluation liées aux fluctuations de l'attention des opérateurs effectuant un contrôle visuel.
  • A l'aide d'une grille de classement il est également possible, une fois la bobine remplie, d'affecter une valeur d'évaluation globale à la bobine de câble, et d'orienter ladite bobine vers un des circuits du processus de fabrication.
  • La description qui suit s'appuie sur les figures 1 à 10 dans lesquelles :
    • la figure 1 représente une vue schématique du dispositif d'évaluation,
    • la figure 2 représente l'image brute de la surface développée d'une couche de fils,
    • les figures 3 et 4 représentent les images obtenues au cours de l'étape de mise à plat,
    • la figure 5 représente l'image obtenue après l'étape de segmentation,
    • les figures 6, 7, 8, 9 et 10 représentent les images obtenues au cours des différentes étapes de traitement morphologique.
  • La figure 1 représente le dispositif d'acquisition et de traitement de l'image.
  • Une caméra linéaire 1 fait l'acquisition de l'image d'une génératrice GG' du cylindre formé par la couche de câble comprenant l'ensemble des spires enroulées autour du moyeu XX' de la bobine 4 en sortie du processus de gommage et de retordage (non visualisé).
  • Un moyen d'éclairage de type coaxial émet une lumière collimatée en direction d'une lame semi réfléchissante 3. Une rampe de diodes électroluminescentes peut utilement être utilisée comme moyen d'éclairage. La lame réfléchissante 3 dirige la lumière en direction de la bobine de fils 4.
  • Le dispositif comprend en outre un moyen de traitement numérique 5 de l'image numérique issue de la caméra 1. La puissance de ce moyen de traitement est adaptée pour pouvoir effectuer les transformations numériques de l'image telles que décrites dans les paragraphes qui suivent.
  • La description qui suit détaille l'ensemble des étapes réalisées pour détecter et évaluer la taille et le nombre des débordements présents sur une couche de spire.
  • L'addition des images linéaires issues de la caméra 1 sur un tour de bobine, donne une image numérique représentant la surface développée d'une couche de spires, telle qu'illustrée par la figure 2.
  • Le diagramme représente le niveau de gris enregistré par la caméra le long d'une génératrice GG', l'axe des abscisses représentant la génératrice GG' et l'axe des ordonnées représentant le niveau de gris (la valeur 0 étant attribuée à la couleur noire).
  • Les flèches permettent de localiser les débordements d indésirables observés visuellement sur le produit par un opérateur. Ces débordements se distinguent en général des ombres portées sur les fils, en ce que les ombres ont une forme généralement allongée, alors que lesdits débordements ont une forme sans élongation prononcée selon une direction préférentielle.
  • Le procédé de traitement d'image a pour objet de distinguer les débordements parmi les autres taches sombres visibles sur l'image et constituées par les zones d'ombres situées préférentiellement entre les fils.
  • La première étape du procédé selon l'invention, dite étape de mise à plat, consiste à rendre l'image indépendante du niveau de lumière de la source d'éclairage, et des surbrillances. Cette opération est similaire à l'utilisation d'un filtre analogique de type passe bas
  • A cet effet, on attribue à chaque pixel de l'image la moyenne du niveau de gris des pixels environnants (voir figure 3) et on soustrait cette valeur de la valeur du niveau de gris de l'image brute du pixel d'origine. L'image résultante de cette première étape de traitement de l'image est illustrée à la figure 4.
  • L'étape suivante, consiste à segmenter l'image mise à plat résultante de l'étape précédente, de manière à obtenir une image en noir et blanc telle que représentée à la figure 5, dans laquelle les pixels ayant un valeur de gris au dessus d'une valeur de seuil ont une couleur blanche, la couleur noire étant affectée aux pixels dont la valeur de gris est inférieure à ce seuil.
  • La valeur du seuil est calculée en fonction de la dispersion des valeurs de gris de l'image mise à plat résultant de la première étape.
  • L'étape qui suit consiste à effectuer une série de traitements dits morphologiques, de manière à distinguer les formes généralement allongées, assimilées à des ombres, des autres formes moins dilatées dans une direction préférentielle, et qui vont être assimilées à des débordements.
  • Pour ce faire, on réalise un premier traitement de l'image en pratiquant une ouverture morphologique à l'aide d'un élément structurant de forme carrée dont la taille est déterminée expérimentalement en fonction de la résolution de l'image et de la taille des plus petits débordements que l'on souhaite mettre en évidence. Les algorithmes mathématiques permettant de réaliser cette opération sont décrits à titre d'exemple dans l'ouvrage de Jean Serra Image Analysis and Mathematical Morphology, Academin Press, Londres 1982. Cette opération a pour effet de supprimer les aspérités du contour des zones noires, et permet de séparer les zones plus compactes susceptibles de représenter des débordements des zones d'ombres plus ou moins marquées présentes entre les fils essentiellement. L'image obtenue à l'issu de ce traitement est représentée à la figure 6.
  • A ce premier traitement d'ouverture morphologique on peut ajouter une seconde transformation, dite transformation en distance, à l'issue de laquelle les objets fins ou allongés ainsi que les formes de petite taille sont identifiés. Pour ce faire on fait varier le niveau de gris depuis le contour vers l'intérieur des zones noires par incréments croissants allant vers le blanc au fur et à mesure que l'on pénètre vers l'intérieur de ladite zone.
  • Les zones de taille importante et s'étalant de manière identique dans toutes les directions (voir figure 7) vont avoir en leur centre une zone plus claire que les zones étroites ou de petite taille.
  • II suffit alors d'éliminer les zones ayant un niveau de gris minimum inférieur à un seuil donné pour identifier et sélectionner les zones de grande taille et faiblement allongées (voir figure 8). Ces zones sont alors reconstituées selon leur forme d'origine comme cela est représenté à la figure 9.
  • Le dernier traitement consiste à appliquer un critère de forme, en calculant, pour chacune des formes restantes, un ratio d'élongation qui est égal au rapport entre la longueur maxi et la largeur mini. En pratique ce seuil est supérieur ou égal à 2,2.
  • Les formes ayant un ratio supérieur à une valeur de seuil donnée sont identifiées comme étant des zones allongées, assimilables à des ombres, et sont éliminées.
  • Les formes restantes sont alors assimilées à des débordements, comme cela est illustré à la figure 10.
  • En se rapportant à l'image d'origine de la figure 2, on observe que trois des quatre débordements ont été identifiés par le logiciel de traitement d'image. Le débordement placé directement en contact avec une zone d'ombre a été éliminé à tord.
  • La dernière étape du traitement numérique consiste à appliquer une valeur d'évaluation à l'image obtenue en comptabilisant la surface et le nombre des débordements détectés, et en entrant ces valeurs dans un tableau d'évaluation préétabli.
  • En fonction de la grille d'évaluation on peut, au choix, déclencher une alarme, donner une indication chiffrée à l'opérateur chargé de régler les paramètres du processus de gommage et de retordage, ou encore déterminer, selon une grille de décision, la destination de la bobine de fil obtenue, pour laquelle une valeur d'évaluation finale peut être calculée en additionnant les valeurs d'évaluation calculées pour chacune des couches de fil enroulées sur le moyeu de la bobine.

Claims (5)

  1. Procédé de détection et d'évaluation des débordements (d) apparaissant sur des câbles sortant d'un processus de retordage et de gommage par traitement numérique de l'image d'une couche de câble formée par un ensemble de spires enroulées autour du moyeu d'une bobine (4) et étant éclairée par une source d'éclairage, le procédé comprenant les étapes au cours desquelles :
    A à l'aide d'une caméra linéaire (1), on saisit l'image numérique brute de la
    surface de la couche de câble sur un tour complet de la bobine,
    B on procède à la mise à plat de l'image brute en attribuant à chaque pixel de l'image la moyenne du niveau de gris des pixels environnants et en soustrayant cette valeur de la valeur du niveau de gris de l'image brute du pixel d'origine de manière à limiter l'influence des variations d'éclairage et de la brillance des spires,
    C on segmente l'image mise à plat pour faire apparaître les zones sombres contenant des zones de débordement,
    D on traite l'image segmentée à l'aide d'une série de traitements morphologiques pour séparer et sélectionner les formes susceptibles de représenter des débordements, des zones susceptibles de représenter des ombres,
    E on attribue une valeur d'évaluation à l'image finale obtenue, et on compare la valeur d'évaluation à une valeur de seuil.
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le traitement de l'image opéré à l'étape D comprend une ouverture morphologique à l'aide d'un élément structurant de forme carrée qui permet de séparer les zones plus compactes susceptibles de représenter des débordements (d) des zones d'ombres présentes entre les spires.
  3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le traitement de l'image opéré à l'étape D comprend une transformation en distance permettant d'identifier les objets fins et de petite taille.
  4. Procédé selon la revendication 1 dans lequel les zones susceptibles de représenter des ombres sont assimilées à des zones longues et étroites, dont le facteur de forme, égal au rapport entre la longueur maximum et la largeur minimum, est supérieur à un seuil donné.
  5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel le facteur de forme est supérieur ou égal à 2,2.
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